可描述高低温失配特性的晶体管模型及仿真方法
【专利摘要】本发明公开了一种可描述高低温失配特性的晶体管模型及仿真方法，分别在多个温度情况下对晶体管失配特性随温度的变化趋势进行分析，挑选了开启电压和迁移率这两个参数，在原先的失配宏模型中的修正公式基础上，分别添加了额外的温度修正公式和修正系数，利用晶体管随高低温变化的失配趋势，对修正系数进行拟合，使得失配模型在不同的温度下，都能反应较好的电特性失配特性，为电路设计者提供了较高的参照依据。
【专利说明】可描述高低温失配特性的晶体管模型及仿真方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体数字或模拟电路的设计领域，特别是指一种可描述高低温失配特性的晶体管模型。本发明还涉及所述可描述高低温失配特性的晶体管模型的仿真方法。
【背景技术】
[0002]器件工艺失配误差近年来越来越倍受关注，工艺失配随机误差主要分为两部分:1、主要针对于器件版图上的尺寸大小和实际工艺中的尺寸之间微小的差异而造成的相同器件之间的电学特性的差异；2、主要为相同器件之间的制造工艺误差而造成的电学特性之间的差异。综合来说，对相同器件之间的差异起影响作用的因素主要有:
[0003]a.栅氧厚度的微小差异；
[0004]b.栅长和栅宽的失配误差；
[0005]c.MOS器件开启电压之间的差异(受注入条件，电荷杂质能因素影响);
[0006]d.沟道区域的迁移率的差异；
[0007]e.环境温度的变化引起相邻器件之间差异变化。
[0008]如图1A所示，Λ Idsat失配程度随器件面积变化趋势图，横坐标为器件的尺寸的面积根号的倒数，纵坐标为饱和电流AIdsat的失配度，图中每个点都经过上百个样本测试数据AIdsat的方差值，实线代表这些方差值所做的趋势线，虚线代表模型仿真得到的趋势线，两者越接近表示模型失配精度越高。图1B所示为Avt失配程度随器件面积变化趋势图，横坐标为器件的尺寸的面积根号的倒数，纵坐标为开启电压的失配度，图中每个点都经过上百个样本测试数据Avt的方差值，实线代表这些方差值所做的趋势线，虚线代表模型仿真得到的趋势线，两者越接近表示模型失配精度越高。
[0009]随着设计要求的提高，对模型精度的要求不仅仅体现在电学特性上，还要求能够反映由于工艺的失配造成的特性误差。半导体厂商提供的SPICE模型通常除了描述工艺水准的上下限以外，有时还会提供常温情况下比较简单的失配模型以描述相邻器件之间的电特性失配误差。但事实上随着环境温度的变化，相邻器件之间的电特性差异也会跟着改变。
[0010]目前业界采取的失配晶体管模型都是以描述常温条件下晶体管失配特性的基础上建立的宏模型，这类宏模型通过对晶体管的模型参数添加修正公式，将SPICE仿真器中随机高斯函数和自定义系数加入修正公式中，这些修正公式中，自定义系数和随机高斯函数的乘积同晶体管根号面积成反比，通过该修正公式，可以较好的描述常温条件下晶体管失配特性同尺寸的关系趋势。
[0011]假定一个器件参量P是由ql，q2，..，qn等工艺参数所决定的函数。即:P=f(ql, q2, q3,…，qn),如果两个相同的器件之间的每个工艺参数都存在微小差别，则参量P的误差σ表达式为:
【权利要求】
1.一种可描述高低温失配特性的晶体管模型，是基于标准SPICE模型，选择开启电压参数VthO和迁移率参数μ ^作为修正参数，建立带温度效应的失配修正公式和修正系数，其特征在于:所述的修正公式表达式为:
2.如权利要求1所述的可描述高低温失配特性的晶体管模型，其特征在于:所述的修正系数K是经验系数，用于同高低温实际失配数据拟合修正用，agauSS(0，I, I)函数括号中第一个数字O表示分布函数的中心值在0，括号中第2个数字I表示正态统计分布函数曲线从中心值O到左右两边的最大sigma幅值为I，括号中第3个数字I表示为统计分布函数的sigma数为I个。
3.如权利要求2所述的可描述高低温失配特性的晶体管模型，其特征在于:仿真时，SPICE工具会根据agauss函数以中心值为0，正负Isigma的分布范围内随机取值。
4.如权利要求1所述的可描述高低温失配特性的晶体管模型，其特征在于:根据所述公式建立的宏模型，使该模型能通过外界输入晶体管栅极W、L参数和multi等变量，通过宏模型将变量传入修正公式，并且将SPICE仿真器内置的agauss函数通过仿真产生随机分布数，综合所有变量最后得到晶体管电特性仿真结果；将仿真结果同实际晶体管失配电特性比较，通过公式中的常温修正系数avthO以及aU(l同常温失配电特性数据相拟合，在获得相关拟合参数后再通过公式中的温度修正系数K和m同高低温失配电特性数据拟合提取，获得修正参数值，使得模型对失配特性的精度更加精确。
5.如权利要求1所述的可描述高低温失配特性的晶体管模型的仿真方法，其特征在于:包含两个步骤: 第一步，构建晶体管的等效模型； 第二步，利用构建的晶体管等效模型进行仿真。
6.如权利要求5所述的可描述高低温失配特性的晶体管模型的仿真方法，其特征在于:所述第一步中，晶体管的等效模型，是基于标准SPICE模型，选择开启电压参数VthO和迁移率参数μ ο作为修正参数，建立带温度效应的失配修正公式和修正系数，所述的修正公式表达式为:
7.如权利 要求5和6所述的可描述高低温失配特性的晶体管模型的仿真方法，其特征在于:所述第二步中，仿真时，SPICE工具会根据agauss函数以中心值为O,正负Isigma的分布范围内随机取值。
【文档编号】G06F17/50GK103838905SQ201210491750
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月27日 优先权日:2012年11月27日
【发明者】王正楠 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司